Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-2780
Authors: Kuntz, Sara
Title: Analyse biochemischer Signalwege eines visuellen Orientierungsgedächtnisses von Drosophila
Online publication date: 10-Jan-2017
Language: german
Abstract: Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Beitrag zur Identifizierung der benötigten Signalwege für ein visuelles Orientierungsgedächtnis bei Drosophila geleistet. Dieses Gedächtnis hat eine Dauer von etwa 4 Sekunden und dient der ununterbrochenen Navigation auf eine spezifische Landmarke, auch wenn diese kurzzeitig nicht mehr sichtbar ist. Das Gedächtnis benötigt die Struktur des Zentralkomplexes, vor allem die R3 Ringneurone des Ellipsoidkörpers. Für die Ausbildung dieses Gedächtnisses sind zwei Gasotransmitter, Stickstoffmonoxid (NO) und Schwefelwasserstoff (H2S), erforderlich. Erstmals wurde hier eine Funktion von endogenem H2S für die Ausbildung eines Gedächtnisses nachgewiesen. NO aktiviert die lösliche Guanylylzyklase, welche für die vermehrte Produktion von zyklischem Guanosinmonophosphat (cGMP) verantwortlich ist. H2S hat dagegen eine inhibitorische Wirkung auf die cGMP-Phosphodiesterase, welche für den Abbau von cGMP verantwortlich ist und deren Inhibition somit ebenfalls zu einer Erhöhung des cGMP-Niveaus in der Zelle führt. Die gemeinsame Regulation von cGMP hat die Aktivierung der foraging Proteinkinase G (PKG) und der ignorant Ribosomalen S6 Kinase II (RSKII) zur Folge. Die resultierende dCREB-Phosphorylierung durch RSKII ist essentiell für diese Gedächtnisleistung. dCREB-Aktivität gewährleistet die stetige Expression von sogenannten Kompetenz-faktoren, welche die R3 Ringneurone des Ellipsoidkörpers mit der Fähigkeit ausstatten, dieses visuelle Arbeitsgedächtnis auszubilden. Ein tonisches NO- und H2S-Signal wird also für die Expression dieser Kompetenzfaktoren benötigt. Die pharmakologische Inhibition der NO-Synthase beschreibt die zusätzliche Bedeutung eines phasischen NO-Signals für die Funktionsfähigkeit dieses Gedächtnisses. Dieses phasische NO-Signal könnte zur kurzfristigen Modulation von Ionenkanälen durch cGMP/PKG führen und die Öffnungsdauer dieser um 4 Sekunden verlängern. Des Weiteren wurde eine Rolle des cAMP/PKA (zyklisches Adenosinmonophosphat/Protein¬kinase A)-Signalwegs für das Orientierungsgedächtnis mit einer Mutantenanalyse und pharmakologischen Experimenten gefunden. Möglicherweise reguliert der cAMP/PKA-Signalweg weitere kurzzeitige synaptische Modulationen, die für das Orientierungsgedächtnis benötigt werden. Die Ergebnisse führen zu der Hypothese, dass PKA nicht für die Phosphorylierung von dCREB verantwortlich ist, sondern für die Phosphorylierung von Synapsin und damit eine schnelle und anhaltende Verfügbarkeit von Neurotransmittervesikeln sicherstellt.
The present study contributes to the identification of signalling pathways required for the visual orientation memory of Drosophila. This kind of memory lasts about 4 seconds and enables the animals’ uninterrupted navigation to a defined landmark even though the landmark gets out of sight. This memory is localized in the central complex, specifically in the R3 ring neurons of the ellipsoid body. This short-term memory requires two kinds of gaseous transmitters: nitric oxide (NO) and hydrogen sulfide (H2S) revealing for the first time a functional role of endogenously produced H2S in memory formation. NO and H2S are produced by Nitric Oxide Synthase (NOS) and Cystathionin-β-Synthase/Cystathionine-γ-Lyase, respectively. NO activates the solouble Guanylylclyclase which produces cyclic guanosine monophosphate (cGMP). On the other hand, the cGMP-dependent Phosphodiesterase which metabolises cGMP, is inhibited by H2S resulting in elevated cGMP levels in these cells. The concerted regulation of cGMP abundance leads up to the activation of the foraging Protein Kinase G (PKG) and subsequently the activation of the ignorant Ribosomal S6 Kinase II (RSKII). The resulting dCREB phosphorylation by RSKII is essential for this memory task. dCREB activity ensures a persistent expression of so-called competence factors which endow the R3 ring neurons of the ellipsoid body to establish the visual working memory. Thus, a tonic NO and H2S signal is required for the expression of these competence factors. Furthermore, a pharmacological inhibition of NOS revealed an additional requirement of phasic NO signalling to enable this visual memory. This phasic NO signalling might be necessary to modulate ion channels in a cGMP/PKG-dependent manner. This short-termed modulation of ion channels might prolong ion channel activity to encode a memory of 4 seconds. Furthermore, mutant analysis and pharmacological experiments elucidated a role of the cAMP/PKA (cyclic adenosine monophosphate/Protein Kinase A)-signalling pathway in the R3 ring neurons for the visual orientation memory. cAMP/PKA-signalling might regulate additional short-termed synaptic modulations required for this memory. It is hypothesized, that PKA is not involved in dCREB phosphorylation, but instead is needed for the phosphorylation of Synapsin and whereby it ensures the availability of vesicles for fast and continuous synaptic release.
DDC: 570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-2780
URN: urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000009336
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: III, 224 Seiten
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